高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金及其制備方法，該鑄造鋁合金組成按重量百分比包括硅5.0～7.5%，鎂0.25～0.5%，硼0.01～0.06%，鈦0.005～0.02%，鋯0.005～0.02%，鐵小于0.2%，銅小于0.2%，錳小于0.1%，鋅小于0.1%，其他雜質(zhì)總量和不大于0.3%，余量為鋁。其制備過程中采用氧化硼作為變質(zhì)劑，再結(jié)合鈦、鋯元素的加入，可制得導(dǎo)熱率達(dá)210W/(m·K)的鑄造鋁合金。本發(fā)明實現(xiàn)了在現(xiàn)有良好的鑄造性能、力學(xué)性能以及熱處理性能的基礎(chǔ)上，顯著提高了Al7SiMg鑄造鋁合金的導(dǎo)熱性能，擴大了其工業(yè)應(yīng)用范圍。
【專利說明】高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金加工性能好，尤其是亞共晶鋁硅合金，其不僅加工性能好，而且比重輕，表面美觀且耐腐蝕，鑄造時鑄造性能好，制品綜合力學(xué)性能好，熱處理后強度可以大幅提高，是優(yōu)良的鑄造鋁合金，可用于各種各樣的形狀復(fù)雜的部件，在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)特別是航空航天技術(shù)的發(fā)展，電子行業(yè)中對集成電路的散熱問題的研究，以及汽車和家電行業(yè)中對發(fā)熱盤、散熱器等要求的提高。人們對材料的熱傳導(dǎo)性能的要求越來越高，傳統(tǒng)金屬材料的性能已經(jīng)不能滿足實際應(yīng)用需要，研發(fā)高導(dǎo)熱率金屬材料，提高材料的熱傳導(dǎo)性能已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。因此，提高亞共晶鋁硅合金的導(dǎo)熱率具有重要應(yīng)用價值。
[0003]目前，最常用的亞共晶鋁硅合金為AlSi7Mg鋁合金，其中ZLlOl、ZL102等這系列的鋁合金是最常用的AlSi7Mg鋁合金。其在鑄態(tài)下導(dǎo)熱率約為121 W/(m.K)，抗拉強度約為130MPa左右，在T6熱處理態(tài)下導(dǎo)熱率約為148 ff/ (m.K)，抗拉強度約為230MPa左右。雖然該系合金導(dǎo)熱率在鑄造鋁合金中較高，但是相對與Al-Mg-Si變形鋁合金的導(dǎo)熱率還有
一定差距。
[0004]那么提高A17SiMg鋁合金導(dǎo)熱率，擴大A17SiMg的工業(yè)應(yīng)用范圍，實現(xiàn)加工成本較低的壓鑄工藝代替加工成本較高的擠壓型材機加工的工藝，獲得性能良好，成本低廉的高導(dǎo)熱率A17SiMg鋁合金壓鑄件越來越為人們所需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，在具備良好鑄造性能、力學(xué)性能以及熱處理性能的同時，還具備較高的導(dǎo)熱率。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法。
[0007]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，其組分按重量百分比計分別為:硅5.0~7.5%，鎂0.25~0.5%,硼 0.01 ~0.06%,鈦 0.005 ~0.02%,鋯 0.005 ~0.02%,鐵小于 0.2%,銅小于 0.2%,錳小于0.1%，鋅小于0.1%，其他雜質(zhì)總量和不大于0.3%，余量為鋁。
[0008]一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，其組分按重量百分比計分別為:硅6.0~7.0%，鎂0.35 ~0.39%,硼 0.048 ~0.056%,鈦 0.006~0.008%,鋯 0.006~0.007%,鐵 0.15 ~0.17%,銅0.04~0.07%,錳0.02~0.05%,鋅0.04~0.08%,其他雜質(zhì)總量和不大于0.26~0.3%,
余量為招。
[0009]一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，包括以下步驟:
I)先將純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到800~850°C時，再加入純硅，待硅熔化后，再加入剩余中間合金，熔化完全后，靜置，最后再加入鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量，對成分含量不合格的熔體通過補料或沖淡方式達(dá)到合格的范圍；
2)把成分含量合格的合金熔體降溫到730~750°C，在熔體中通過惰性氣體吹入變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用惰性氣體除氣除渣，再進行爐前成分分析，合格后放水澆鑄，即可。
[0010]進一步的,步驟I)中所述的中間合金由Al-B、Al-Ti和Al-Zr三種合金組成。
[0011]進一步的,步驟I)中所述靜置的時間為8~15min。
[0012]進一步的,步驟2)中所述的惰性氣體包括氮氣、氬氣和氖氣。
[0013]進一步的，步驟2)中所述氧化硼粉末重量為原料總重量的0.03~0.05%。
[0014]進一步的,步驟2)中所述除氣除洛的時間為5~lOmin。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明巧妙地將硼、鈦和鋯三種元素加入常用的A17SiMg亞共晶鋁硅合金中，這三種元素的結(jié)合使用顯著提高了 A17SiMg鋁合金導(dǎo)熱率，擴大了 A17SiMg的工業(yè)應(yīng)用范圍，實現(xiàn)了性能良好，成本低廉的高導(dǎo)熱率A17SiMg鋁合金壓鑄件。
[0016]本發(fā)明制備的高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金具有重要的應(yīng)用價值，可廣泛應(yīng)用于變速箱、發(fā)動機、壓縮機等部件的構(gòu)建，其優(yōu)良的傳熱性能可減少熱應(yīng)力引起部件的變形和潛在的損壞；還可應(yīng)用于導(dǎo)熱裝置、散熱器等，其優(yōu)良的傳熱效率可促進能源的有效利用，降低能耗。
[0017]在本發(fā)明中，硅作為合金元素可以提高合金的鑄造性能以及力學(xué)性能，鎂作為合金元素可以與硅結(jié)合實現(xiàn)時效強化，硼作為合金元素可以提高導(dǎo)熱性能，硼還可以與鈦元素與鋯元素形成化合物細(xì)化鑄造組織，上述各元素有效合理的結(jié)合，實現(xiàn)了在現(xiàn)有的鑄造性能和力學(xué)性能以及熱處理性能的基礎(chǔ)上，顯著提高了鑄造鋁合金的導(dǎo)熱性能。
【具體實施方式】
[0018]一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，其組分按重量百分比計分別為:硅5.0~7.5%，鎂0.25 ~0.5%,硼 0.01 ~0.06%,鈦 0.005 ~0.02%,鋯 0.005 ~0.02%,鐵小于 0.2%,銅小于
0.2%，錳小于0.1%，鋅小于0.1%，其他雜質(zhì)總量和不大于0.3%，余量為鋁。
[0019]優(yōu)選的，一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，其組分按重量百分比計分別為:硅6.0~
7.0%,鎂 0.35 ~0.39%,硼 0.048 ~0.056%,鈦 0.006~0.008%,鋯 0.006~0.007%,鐵 0.15 ~
0.17%,銅0.04~0.07%,錳0.02~0.05%,鋅0.04~0.08%,其他雜質(zhì)總量和不大于0.26~
0.3%，余量為鋁。
[0020]一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，包括以下步驟:
1)選用天然氣反射式熔煉爐進行熔煉，先將純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到800~850 C時，再加入純娃，待娃溶化后，再加入剩余中間合金，溶化完全后，靜直，最后再加入鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量，對成分含量不合格的熔體通過補料或沖淡方式達(dá)到合格的范圍；
2)把成分含量合格的合金熔體降溫到730~750°C，在熔體中通過惰性氣體吹入變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用惰性氣體除氣除渣，再進行爐前成分分析，合格后放水澆鑄，即可。[0021]步驟1)中加入的中間合金優(yōu)選由Al-B、A1-Ti和Al-Zr三種合金組成。
[0022]步驟1)中，中間合金熔化完全后保溫靜置的時間優(yōu)選為8~15min，使熔化的液體充分混均。
[0023]步驟2)中所述的惰性氣體優(yōu)選為氮氣、氬氣和氖氣。
[0024]步驟2)中吹入變質(zhì)劑氧化硼粉末的重量優(yōu)選為原料總重量的0.03~0.05%。
[0025]步驟2)中惰性氣體除氣除渣的時間優(yōu)選為5~lOmin。
[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但并不局限于此。
[0027]實施例1
1)選用5噸天然氣反射式熔煉爐進行熔煉，熔煉過程中，先將2700Kg純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到830°C時，再加入210Kg純硅，待硅熔化后，再加入剩余中間合金，即50KgA1-3B、3.6Kg Al-5T1、l.8Kg Al-lOZr，熔化完全后保溫靜止lOmin，最后加入12Kg鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量；
2)把成分含量合格的合金熔體降溫到740°C，在熔體中通過壓力為0.2MPa的氮氣吹入重量為所有物質(zhì)重量和0.04%的變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用氮氣除氣除渣lOmin，再進行爐前成分分析，合格后放水澆鑄，即可。
[0028]實施例2
1)選用5噸天然氣反射式熔煉爐進行熔煉，熔煉過程中，先將2700Kg純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到800°C時，再加入206Kg純硅，待硅熔化后，再加入剩余中間合金，即50KgA1-3B、3.6Kg Al-5T1、l.8Kg Al-lOZr，熔化完全后保溫靜止15min，最后加入I IKg鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量；
2)把成分含量合格的合金熔體降溫到750°C，在熔體中通過壓力為0.4MPa的氮氣吹入重量為所有物質(zhì)重量和0.03%的變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用氮氣除氣除渣lOmin，再進行爐前成分，合格后放水澆鑄，即可。
[0029]實施例3
1)選用5噸天然氣反射式熔煉爐進行熔煉，熔煉過程中，先將2700Kg純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到850°C時，再加入178Kg純硅，待硅熔化后，再加入剩余中間合金，即50KgA1-3B、3.6Kg Al-5T1、l.8Kg Al-lOZr，熔化完全后保溫靜止lOmin，最后加入12Kg鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量；
2)把成分含量合格的合金熔體降溫到730°C，在熔體中通過壓力為0.3MPa的氮氣吹入重量為所有物質(zhì)重量和0.05%的變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用氮氣除氣除渣5min，再進行爐前成分分析，合格后放水澆鑄，即可。
[0030]實施例4
1)選用5噸天然氣反射式熔煉爐進行熔煉，熔煉過程中，先將2700Kg純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到830°C時，再加入190Kg純硅，待硅熔化后，再加入剩余中間合金，即50KgA1-3B、3.6Kg Al-5T1、l.8Kg Al-lOZr，熔化完全后保溫靜止lOmin，最后加入13Kg鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量；
2)把成分含量合格的合金熔體降溫到750°C，在熔體中通過壓力為0.4MPa的氮氣吹入重量為所有物質(zhì)重量和0.04%的變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用氮氣除氣除渣8min，再進行爐前成分分析，合格后放水澆鑄，即可。[0031]下面對實施例中制備的高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金作進一步性能檢測。
[0032]根據(jù)制備過程中爐前分析所得的數(shù)據(jù)，實施例1~4制得的高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金各成分含量如表1所示，從表1可以看出除硼、鈦和鋯元素外，實施例1~4制得的高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的其成分含量與常用的ZLlOl鑄造鋁合金均相近。
[0033]表1實施例1~4制備的高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金和ZLlOl鑄造鋁合金成分表
【權(quán)利要求】
1.一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，其特征在于:其組分按重量百分比計分別為:硅5.0~7.5%,鎂 0.25 ~0.5%,硼 0.01 ~0.06%,鈦 0.005 ~0.02%,鋯 0.005 ~0.02%,鐵小于 0.2%,銅小于0.2%，錳小于0.1%，鋅小于0.1%，其他雜質(zhì)總量和不大于0.3%，余量為鋁。
2.一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金，其特征在于:其組分按重量百分比計分別為:硅6.0~7.0%,鎂 0.35 ~0.39%,硼 0.048 ~0.056%,鈦 0.006~0.008%,鋯 0.006~0.007%,鐵 0.15 ~0.17%,銅0.04~0.07%,錳0.02~0.05%,鋅0.04~0.08%,其他雜質(zhì)總量和不大于0.26~0.3%，余量為鋁。
3.權(quán)利要求2所述的一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)先將純鋁錠進行熔化，當(dāng)純鋁液溫度達(dá)到800~850°C時，再加入純硅，待硅熔化后，再加入剩余中間合金，熔化完全后，靜置，最后再加入鎂，熔化完全后，進行爐前成分分析，檢測合金熔體的成分含量，對成分含量不合格的熔體通過補料或沖淡方式達(dá)到合格的范圍； 2)把成分含量合格的合金熔體降溫到730~750°C，在熔體中通過惰性氣體吹入變質(zhì)劑氧化硼粉末，然后繼續(xù)用惰性氣體除氣除渣，再進行爐前成分分析，合格后放水澆鑄，即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述的中間合金由Al-B、Al-Ti和Al-Zr三種合金組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述靜置的時間為8~15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于:步驟2)中所述的惰性氣體選自氮氣、氬氣和氖氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于:步驟2)中所述氧化硼粉末重量為原料總重量的0.03~0.05%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導(dǎo)熱率鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于:步驟2)中所述除氣除渣的時間為5~lOmin。
【文檔編號】C22C21/02GK103526082SQ201310444626
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】許德英, 楊昭, 李紹康, 楊續(xù)躍, 范衛(wèi)忠, 彭淳, 潘務(wù)晉, 陳學(xué)文, 梁樹佳 申請人:廣州金邦有色合金有限公司